深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统及方法与流程

1.本发明涉及汽轮机技术领域，特别涉及一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.随着风电、光伏等新能源并网容量的快速增长，煤电定位由“电量供应主体”逐步转变为“容量供应主体”。新能源上网需要煤电托底，煤电需保障能源系统的可靠运行，这就要求煤电机组具备深度调峰的能力，现在电力辅助服务市场费用基本按照新能源企业“多消纳多分摊”、火电厂“少调峰多分摊”的原则，新能源企业与发电负荷率高于火电机组平均发电负荷率的火电机组承担调峰服务费用。对于火电厂来说，在用电低谷或者新能源大发的时候，如果不满足电网调度的最低电负荷需求，将面临高额的调峰服务分担费用。
4.但是对于具备承担对外供高参数工业蒸汽的火电机组，机组基本无法满足电网调峰要求。如某电厂660mw机组对外供4.0mpa，460℃、540t/h高参数工业蒸汽，为满足机组工业蒸汽参数的要求，机组最低运行负荷基本在70％以上，无法满足调峰的需求，将会产生高额的调峰费用。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统及方法，能够实现机组在深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统。
8.第一种实现方式中，提供了一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，至少包括：锅炉、高压缸、低压缸、第一减温减压阀和第二减温减压阀；
9.锅炉的主蒸汽出口分成两路管路，第一路管路通过主汽门后与高压缸连通，第二路管路通过第一减温减压阀后与再热冷段管路连通；
10.高压缸的第一出汽端通过管路与再热冷段管路连通，再热冷段管路与锅炉再热器的进汽端口连通，锅炉再热器的出汽端口与再热热段管路的第一端连通，再热热段管路的第一端与第二减温减压阀进汽端连通，第二减温减压阀的出汽端与第一高参数工业蒸汽出汽管路连通；
11.高压缸与中压缸连通，中压缸与低压缸连通，低压缸与发电机连通，中压缸的出汽端口通过中调管路与第二减温减压阀进汽端之前的再热热段管路连通，中调管路上设有中调门；
12.再热热段管路上中调管路之前的位置开有至少一个抽汽孔。
13.作为可选的一种实现方式，中调管路上的中调门并联有至少一个第一阀门。
14.作为可选的一种实现方式，高参数工业蒸汽出汽管路上设有第二阀门。
15.作为可选的一种实现方式，第二减温减压阀的出汽端还通过带有第三阀门的管路与低压缸连通。
16.第二种实现方式中，发电机的输电端口与熔盐-电加热器连接，熔盐-电加热器与熔盐高温罐连通，熔盐高温罐通过高温熔盐泵与熔盐蒸汽发生器的第一端口连通，熔盐蒸汽发生器的第二端口与预热器的第一端口连通，预热器的第一端口为出水端口，预热器的第二端口作为进液端口；
17.熔盐蒸汽发生器的第三端口与预热器的第三端口连通，预热器的第三端口作为熔盐出口，预热器的第四端口与熔盐低温罐连通，熔盐低温罐通过低温熔盐泵与熔盐-电加热器连通；
18.熔盐蒸汽发生器的第四端口与第二高参数工业蒸汽出汽管路连通。
19.进一步的，第二高参数工业蒸汽出汽管路上设有第四阀门。
20.进一步的，高温熔盐泵与熔盐蒸汽发生器的连通管路上设有第五阀门。
21.进一步的，预热器的第四端口与熔盐低温罐的连通管路上设有第六阀门。
22.本发明第二方面提供了一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的方法。
23.一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的方法，利用本发明第一方面第一种实现方式或第二种实现方式所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，包括以下过程：
24.当发电负荷大于或等于第一设定阈值时，热段正常对外供热；
25.发电负荷大于第二设定阈值且小于第一设定阈值时，第二路管路作为高压旁路开启，主蒸汽分成两路，一路进汽轮机做功，由高压缸排汽经再热冷段管路进入锅炉再热器；另一路经第一减温减压阀后经再热冷段进入锅炉再热器；
26.通过抽汽孔抽气，再热蒸汽经第二减温减压阀后对外供热。
27.本发明第三方面提供了一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的方法。
28.一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的方法，利用本发明第一方面第二种实现方式中所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，包括以下过程：
29.当发电负荷大于或等于第一设定阈值时，热段正常对外供热；
30.发电负荷大于第二设定阈值且小于第一设定阈值时，第二路管路作为高压旁路开启，主蒸汽分成两路，一路进汽轮机做功，由高压缸排汽经再热冷段管路进入锅炉再热器；另一路经第一减温减压阀后经再热冷段进入锅炉再热器；通过抽汽孔抽气，再热蒸汽经第二减温减压阀后对外供热；
31.发电负荷小于或等于第二设定阈值时，启动熔盐-电加热器，其中，机组多发的电不上网，多发的电用于加热熔盐，利用熔盐高温罐把热储存，高温熔盐罐储存在的热量，在用电高峰期时，加热给水，利用熔盐蒸汽加热器产生高参数工业蒸汽，高温熔盐热量再熔盐蒸汽发生器中被给水吸收变成蒸汽后返回至熔盐低温罐；或者，启动电极锅炉或固体蓄热式锅炉产生高参数工业蒸汽。
32.可以理解的，在其他一些实施方式中，锅炉低负荷运行时，也可以用电极锅炉或固体蓄热式锅炉代替熔盐-电加热装置进行补汽，当对于外供2.5mpa以下的工业蒸汽采用电极锅炉或固体蓄热式锅炉方案。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.1、本发明所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统及方法，能够实现机组在深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽，理论上机组可以深调至零负荷对外出力。
35.2、本发明所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统及方法，突破了现有以热定电模式，彻底实现了热电解耦，运行灵活性提高，显著提升了机组低负荷下供热可靠性。
36.3、本发明所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统及方法，锅炉可以满足最低稳燃(不投油)要求，因锅炉负荷高于汽轮机发电负荷，可显著提升低负荷下锅炉稳燃(不投油)能力；所产生额外的锅炉出力，有利于锅炉稳燃。
37.4、本发明所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统及方法，在用电高峰时，高温熔盐罐储存的热量可以释放出来，加热给水变成符合参数要求的蒸汽外供，机组不再从热段抽汽供热，锅炉产生的蒸汽全部进入汽轮机发电，获得电价收益。
38.5、本发明所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统及方法，单罐熔盐储能系统，使用范围80℃-600℃，参数灵活可调。
39.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
40.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
41.图1为本发明实施例1提供的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统结构示意图；
42.其中，1-锅炉；2-再热热段；3-再热冷段；4-中调门；5-第一减温减压阀；6-第二减温减压阀；7-高中压缸；8-低压缸；9-发电机；10-第二阀门；11-第三阀门；12-熔盐-电加热器；13-熔盐阀；14-熔盐低温罐；15-低温熔盐泵；16-第六阀门；17-预热器；18-熔盐蒸汽发生器；19-第四阀门；20-第五阀门；21-高温熔盐泵；22-熔盐高温罐；23-主汽门。
具体实施方式
43.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
44.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
45.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
46.在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
47.本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
48.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
49.实施例1：
50.如图1所示，本发明实施例1提供了一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，至少包括：锅炉1、高中压缸7、低压缸8、第一减温减压阀5和第二减温减压阀6；
51.锅炉1的主蒸汽出口分成两路管路，第一路管路通过主汽门23后与高压缸连通，第二路管路通过第一减温减压阀5后与再热冷段3管路连通；
52.高压缸的第一出汽端通过管路与再热冷段3管路连通，再热冷段3管路与锅炉1的再热器的进汽端口连通，锅炉1的再热器的出汽端口与再热热段2管路的第一端连通，再热热段2管路的第一端与第二减温减压阀6进汽端连通，第二减温减压阀6的出汽端与第一高参数工业蒸汽出汽管路连通；
53.高压缸与中压缸连通，中压缸与低压缸8连通，低压缸8与发电机9连通，中压缸的出汽端口通过中调管路与第二减温减压阀6进汽端之前的再热热段2管路连通，中调管路上设有中调门4；
54.再热热段2管路上中调管路之前的位置开有至少一个抽汽孔。
55.本实施例中，中调管路上的中调门并联有至少一个第一阀门(图中未示出)。
56.本实施例中，第一高参数工业蒸汽出汽管路上设有第二阀门10。
57.本实施例中，第二减温减压阀6的出汽端还通过带有第三阀门11的管路与低压缸8连通。
58.本实施例中，发电机9的输电端口与熔盐-电加热器12连接，熔盐-电加热器12与熔盐高温罐22连通，熔盐高温罐22通过高温熔盐泵21与熔盐蒸汽发生器18的第一端口连通，熔盐蒸汽发生器18的第二端口与预热器17的第一端口连通，预热器17的第一端口为出水端口，预热器17的第二端口作为进液端口；
59.熔盐蒸汽发生器18的第三端口与预热器17的第三端口连通，预热器17的第三端口作为熔盐出口，预热器17的第四端口与熔盐低温罐14连通，熔盐低温罐14通过低温熔盐泵与熔盐-电加热器12连通；
60.熔盐蒸汽发生器18的第四端口与第二高参数工业蒸汽出汽管路连通。
61.本实施例中，第二高参数工业蒸汽出汽管路上设有第四阀门19。
62.本实施例中，高温熔盐泵与熔盐蒸汽发生器的连通管路上设有第五阀门20。
63.本实施例中，预热器的第四端口与熔盐低温罐的连通管路上设有第六阀门16。
64.本实施例中，低温熔盐泵15与熔盐-电加热器12的连通管路上设有熔盐阀13。
65.具体的，以某电厂660mw机组为例，对外供4.0mpa，460℃、540t/h高参数工业蒸汽时，机组需要维持在主机发电负荷≥70％tha(即第一设定阈值，本领域技术人员可以根据具体的机组情况进行第一设定阈值的设定，例如可以是65％，75％等等，这里不再赘述)，才能保证热段对外供工业蒸汽的参数，具体作业过程如下：
66.s1：正常工况时，机组发电负荷≥70％tha时，热段正常对外供热；
67.s2：机组负荷进一步降低时，主机发电负荷在35％tha(即第二设定阈值，本领域技术人员可以根据具体的机组情况进行第二设定阈值的设定，例如可以是25％，45％等等，这里不再赘述)-70％tha之间时，机组开启旁路，高压旁路投入，主蒸汽分成两路，一路进汽轮机做功，再由高压缸排汽至锅炉再热器；另一路经高压旁路减温减压至再热冷段，然后进锅炉再热器；
68.通过在再热器出口至中压调节阀前的管道上选取合适的位置进行打孔抽汽，将再热蒸汽减温减压后对外供热，可以实现机组低负荷工况下从锅炉侧大量抽汽，避免锅炉受热面发生超温；
69.此时，由于随着发电负荷降低，汽轮机再热系统的压力下降，且随着热段抽汽量增大，再热系统的压力也会下降；
70.机组调峰过程中需控制再热蒸汽系统的压力，保证抽汽的压力和流量都能满足外部热负荷的要求，因此需要对汽轮机中调门进行改造，增加一组小流量阀门(即第一阀门)与原中调门并联，或采取其他措施，保证机组在供热过程中可灵活调节阀门开度，从而控制中调门入口的蒸汽压力，本领域技术人员可以根据具体工况选择，这里不再赘述。
71.s3：机组负荷进一步降低时，电网如要求对电厂外供电负荷需要进一步降低时，此时，主机发电负荷≤35％tha(即第二设定阈值，本领域技术人员可以根据具体的机组情况进行第二设定阈值的设定，例如可以是25％，45％等等，这里不再赘述)时，如继续降低锅炉负荷，旁路供热也不能满足对外供热参数；
72.此时，启动熔盐-电加热器，汽机、锅炉继续都维持在高负荷运行，将来自为满足蒸汽供给发电不允许上网的电量用于加热熔盐；
73.熔盐-电加热器利用电阻元件通电产生热量的原理，使流经电阻的熔盐直接被加热升温，而熔盐蒸汽发生器则采用管壳式换热器，使熔盐和水间接换热，通过预热器、蒸发器和过热器产生合格蒸汽，熔盐电加热装置，其电加热功率的调节主要是通过调节电阻丝电功率和与之接触的熔盐流量实现的，电功率和熔盐流量的调节范围是0～100％，因此熔盐电加热装置的调节范围也是0～100％，在提供熔盐流动动力的熔盐泵配置变频装置后，蒸汽负荷的调节速度也非常快。
74.机组多发的电不上网，多发的电用于加热熔盐，利用熔盐高温罐把热储存起来，满足电网调峰的需求，理论上，如果熔盐罐选择足够大，熔盐-电加热器可以消耗机组足够多的厂用电，机组对外可以实现对电网“0”负荷供电。
75.s4：高温熔盐罐储存在的热量，可以在用电高峰期时，用来加热给水，利用熔盐蒸汽加热器产生满足参数要求的工业蒸汽，高温熔盐热量再熔盐蒸汽发生器中被给水吸收变成蒸汽后返回至熔盐低温罐。
76.给水经过预热器进入熔盐蒸汽发生器变成蒸汽外供，此时，工业蒸汽不再从锅炉热段抽汽，机组多发电对外供电，用电高峰时，电价较高，挣取电价收益。
77.关于深调工况下，锅炉低负荷运行时，也可以用电极锅炉或固体蓄热式锅炉代替熔盐-电加热装置进行补汽，但是目前，目前国内电极锅炉或固体蓄热式锅炉压力为2.5mpa以下，2.5mpa压力以上的电极锅炉目前还在技术研发阶段，国内还没有2.5mpa以上电级锅炉的运行业绩，对于外供2.5mpa以下的工业蒸汽可以采用电极锅炉方案，但是2.5mpa以上的工业蒸汽则不适用。
78.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，其特征在于：至少包括：锅炉、高压缸、低压缸、第一减温减压阀和第二减温减压阀；锅炉的主蒸汽出口分成两路管路，第一路管路通过主汽门后与高压缸连通，第二路管路通过第一减温减压阀后与再热冷段管路连通；高压缸的第一出汽端通过管路与再热冷段管路连通，再热冷段管路与锅炉再热器的进汽端口连通，锅炉再热器的出汽端口与再热热段管路的第一端连通，再热热段管路的第一端与第二减温减压阀进汽端连通，第二减温减压阀的出汽端与第一高参数工业蒸汽出汽管路连通；高压缸与中压缸连通，中压缸与低压缸连通，低压缸与发电机连通，中压缸的出汽端口通过中调管路与第二减温减压阀进汽端之前的再热热段管路连通，中调管路上设有中调门；再热热段管路上中调管路之前的位置开有至少一个抽汽孔。2.如权利要求1所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，其特征在于：中调管路上的中调门并联有至少一个第一阀门。3.如权利要求1所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，其特征在于：第一高参数工业蒸汽出汽管路上设有第二阀门。4.如权利要求1所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，其特征在于：第二减温减压阀的出汽端还通过带有第三阀门的管路与低压缸连通。5.如权利要求1所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，其特征在于：发电机的输电端口与熔盐-电加热器连接，熔盐-电加热器与熔盐高温罐连通，熔盐高温罐通过高温熔盐泵与熔盐蒸汽发生器的第一端口连通，熔盐蒸汽发生器的第二端口与预热器的第一端口连通，预热器的第一端口为出水端口，预热器的第二端口作为进液端口；熔盐蒸汽发生器的第三端口与预热器的第三端口连通，预热器的第三端口作为熔盐出口，预热器的第四端口与熔盐低温罐连通，熔盐低温罐通过低温熔盐泵与熔盐-电加热器连通；熔盐蒸汽发生器的第四端口与第二高参数工业蒸汽出汽管路连通。6.如权利要求5所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，其特征在于：第二高参数工业蒸汽出汽管路上设有第四阀门。7.如权利要求5所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，其特征在于：高温熔盐泵与熔盐蒸汽发生器的连通管路上设有第五阀门。8.如权利要求5所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，其特征在于：预热器的第四端口与熔盐低温罐的连通管路上设有第六阀门。9.一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的方法，其特征在于：利用权利要求1-8任一项所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，包括以下过程：当发电负荷大于或等于第一设定阈值时，热段正常对外供热；发电负荷大于第二设定阈值且小于第一设定阈值时，第二路管路作为高压旁路开启，主蒸汽分成两路，一路进汽轮机做功，由高压缸排汽经再热冷段管路进入锅炉再热器；另一路经第一减温减压阀后经再热冷段进入锅炉再热器；通过抽汽孔抽气，再热蒸汽经第二减温减压阀后对外供热。
10.一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的方法，其特征在于：利用权利要求5-8任一项所述的深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的系统，包括以下过程：当发电负荷大于或等于第一设定阈值时，热段正常对外供热；发电负荷大于第二设定阈值且小于第一设定阈值时，第二路管路作为高压旁路开启，主蒸汽分成两路，一路进汽轮机做功，由高压缸排汽经再热冷段管路进入锅炉再热器；另一路经第一减温减压阀后经再热冷段进入锅炉再热器；通过抽汽孔抽气，再热蒸汽经第二减温减压阀后对外供热；发电负荷小于或等于第二设定阈值时，启动熔盐-电加热器，其中，机组多发的电不上网，多发的电用于加热熔盐，利用熔盐高温罐把热储存，高温熔盐罐储存在的热量，在用电高峰期时，加热给水，利用熔盐蒸汽加热器产生高参数工业蒸汽，高温熔盐热量再熔盐蒸汽发生器中被给水吸收变成蒸汽后返回至熔盐低温罐；或者，启动电极锅炉或固体蓄热式锅炉产生高参数工业蒸汽。

技术总结
本发明提供了一种深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽的方法及系统，当发电负荷大于或等于第一设定阈值时，热段正常对外供热；发电负荷在第二设定阈值与第一设定阈值之间时，第二路管路作为高压旁路开启，主蒸汽分成两路，一路进汽轮机做功，由高压缸排汽经再热冷段管路进入锅炉再热器；另一路经第一减温减压阀后经再热冷段进入锅炉再热器；通过抽汽孔抽气，再热蒸汽经第二减温减压阀后对外供热；发电负荷小于或等于第二设定阈值时，启动熔盐-电加热器对外供高参数工业蒸汽；本发明能够实现机组在深度调峰工况下对外供高参数工业蒸汽。汽。汽。


技术研发人员：王光磊 于俊红 田林 任宪骏 张斌 祁金胜 苗井泉 胡训栋 张书迎 苏恒
受保护的技术使用者：山东电力工程咨询院有限公司
技术研发日：2022.09.09
技术公布日：2023/6/6